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【東大馬北越課題組】用后含碳耐火材料的再利用研究現(xiàn)狀
曹雨桐 馬北越 付高峰等
E-mail：maby2005@126.com
東北大學(xué)冶金學(xué)院
1 前言
用后耐火材料是冶金、化工、陶瓷、玻璃等工業(yè)作為爐襯材料使用后被拆卸的固體廢料。隨著鋼鐵工業(yè)的蓬勃發(fā)展，耐火材料用量也顯著增加。因此，便會(huì)產(chǎn)生大量的用后耐火材料。然而這些用后耐火材料只有極少數(shù)可以再生利用，其余大量的用后耐火材料都被當(dāng)作工業(yè)垃圾掩埋或降級(jí)使用。由于用后含碳耐火材料量日益增多，需要購買大量的土地進(jìn)行堆積或掩埋，浪費(fèi)資源，所以研究用后含碳耐火材料的回收利用，具有重要經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。本文總結(jié)了近年來用后含碳耐火材料再利用技術(shù)取得的新進(jìn)展，以期為我國用后含碳耐火材料再利用領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展提供借鑒。
2 用后含碳耐火材料再利用現(xiàn)狀
2.1 用后鎂碳耐火材料再利用鎂碳耐火材料的主要成分是氧化鎂( MgO) 和碳( C) 。其中w( MgO) = 60- 90%，w( C) = 10-40%。鎂碳耐火材料的抗熱震性、抗渣鐵侵蝕性良好，所以被廣泛地用在鋼包、轉(zhuǎn)爐、電爐、精煉爐等冶金容器中。在煉鋼廠淘汰下的耐火材料中，鎂碳類耐火材料占六成左右。如果能回收鎂碳耐火材料中的有益部分并進(jìn)行再生利用，那么不僅能減少固廢排放量，還能節(jié)約鎂砂、石墨等礦物資源。需要說明的是，目前新發(fā)展起來的低碳鎂碳耐火材料中含碳量為5%甚至更低，但其生產(chǎn)量及用量較少，產(chǎn)生的用后低碳鎂碳耐火材料也少，故本文沒有單獨(dú)介紹其再利用技術(shù)。
用后鎂碳耐火材料經(jīng)過篩選、剔除變質(zhì)層、水化處理等工藝流程可以制備鎂碳再生料。鎂碳再生料可以按比例( 5- 20%) 加入到新的鎂碳耐火材料中制備出合格的鎂碳產(chǎn)品?？蓪⒂煤箧V碳耐火材料直接加到濺渣護(hù)爐料中，也可以作為鎂碳類耐火泥或鎂碳耐火材料的生產(chǎn)原料。在一定程度上實(shí)現(xiàn)了用后耐火材料的回收再利用，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
2. 2 用后鋁鎂碳耐火材料再利用
鋁鎂碳耐火材料的主要成分是氧化鋁( Al2O3) 、氧化鎂( MgO)和碳( C) 。其中，w( Al2O3) = 60-69%，w( MgO) = 7-14%，w( C) = 5- 12%。鋁鎂碳耐火材料具有優(yōu)良的抗渣鐵侵蝕性、抗熱震性及導(dǎo)熱性。為提高鋁鎂碳耐火材料的抗氧化性能，在生產(chǎn)配料時(shí)需要加入適當(dāng)添加劑，如鋁粉、硅粉、硅鐵粉、碳化硅粉等。鋁鎂碳耐火材料廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐爐襯、超高功率電爐爐襯、鋼包襯和爐外精煉爐襯，因此會(huì)產(chǎn)生大量的用后鋁鎂碳耐火材料。如果這些用后的鋁鎂碳耐火材料能有效的利用，可以解決環(huán)境污染問題，節(jié)約生產(chǎn)相關(guān)耐火材料的成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
在生產(chǎn)鋁鎂碳磚時(shí)，可向其中加入適量的用后鋁鎂碳磚粉末，也可將用后鋁鎂碳耐火材料破碎成細(xì)粉，制備同材質(zhì)的耐火泥，用于砌筑鋁鎂碳耐火材料; 將用后鋼包拆下的廢棄鋁鎂碳耐火材料去除殘渣及廢鋼，經(jīng)過破碎和篩分等處理工藝，制成再生料，并將其作為原料添加到高爐泡泥中; 可用鋁鎂碳再生料制備鐵水罐澆注料等。添加一定量的用后耐火材料的鋁鎂質(zhì)自流澆注料的性能達(dá)到甚至超過了由純原料制備的耐火材料的性能。
2.3 用后鋁碳耐火材料再利用
鋁碳耐火材料是以 Al2O3和C 為主要成分的含碳耐火材料。其中，w(Al2O3) = 88-97%，w( C) =3-12%。鋁碳耐火材料可分為不燒鋁碳耐火材料和燒成鋁碳耐火材料，前者具有良好的抗氧化性和抗氧化鈉基渣的侵蝕性能，被廣泛用于高爐和鐵水包等鐵水預(yù)處理設(shè)備中; 后者具有高強(qiáng)度及優(yōu)異的抗侵蝕和抗熱震性能，在連鑄滑板磚、長水口、浸入式水口和整體塞棒等得以大量應(yīng)用。
將煉鋼廠用后的塞棒、座磚、滑板、水口等鋁碳質(zhì)耐火材料回收，用于制備高爐鐵溝搗打料，將這些用后廢料替代高鋁釩土，在鋼鐵生產(chǎn)過程中取得了較為理想的效果，改善了鐵溝料的使用性能，延長了鐵渣溝的使用壽命，降低了鐵溝料維修次數(shù)和工人的施工強(qiáng)度。
2. 4 用后鋁碳化硅碳耐火材料再利用
鋁碳化硅碳耐火材料是以Al2O3、SiC 和C 為主要成分的含碳耐火材料。其中，w( Al2O3)≥65%，w(Al2O3) ≥6.5%，w( C) = 3-6%。鋁碳化硅碳耐火材料具有優(yōu)異的耐蝕性、抗沖擊性。因此，常常作為鐵水預(yù)處理用耐火材料，被用在混鐵罐、混鐵車上等。
用后鋁碳化硅碳耐火材料，通過揀選、破碎、粉磨和除鐵等生產(chǎn)工藝后，可作為鋁碳磚原料、冶金輔料的原材料以及澆注料的顆粒原料使用。破碎后的顆粒料經(jīng)過篩選也可用于生產(chǎn)Al2O3－SiC－C 不定形耐火材料，如: 高爐爐前渣溝澆注料、渣鐵溝溝蓋和渣溝搗打料等。
3 結(jié)語
含碳耐火材料以其優(yōu)異的耐高溫、抗侵蝕性和抗熱震性，廣泛地應(yīng)用在鋼鐵冶金等行業(yè)中，將產(chǎn)生大量的用后含碳耐火材料。用后含碳耐火材料作為一種工業(yè)固體廢棄物，嚴(yán)重危害自然環(huán)境，但其也是可再利用的二次資源，應(yīng)使其得到高效利用。未來耐火材料工業(yè)生產(chǎn)必將朝著低成本、低能耗和低污染的方向發(fā)展。用后含碳耐火材料的有效處理與利用，既可以實(shí)現(xiàn)耐火材料行業(yè)的綠色發(fā)展，也能實(shí)現(xiàn)二次資源的循環(huán)利用，符合現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展理念。如上所述，用后含碳耐火材料通過粉碎、揀選、分類、除鐵等工藝處理后，制備再生料，進(jìn)而生產(chǎn)出使用性能優(yōu)良的定型耐火材料和不定形耐火材料。對(duì)用后含碳耐火材料再利用可以有效降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。并可節(jié)約國家稀缺的礦產(chǎn)資源，減少環(huán)境污染，也會(huì)減少堆放用地，具有一定的社會(huì)效益。用后含碳耐火材料的再利用雖然已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但再生利用率不高。如何更加高效、更加合理的使用這些用后耐火材料是我們必須要考慮的問題。需要科研工作者與企業(yè)進(jìn)一步加強(qiáng)合作，深入研究，通過對(duì)用后含碳耐火材料的高效資源化利用，實(shí)現(xiàn)廢料零排放的目標(biāo)。
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